JUAN DE DIOS JUSTO GALLO GALARZA app1

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL

DEPARTAMENTO DE POSGRADO

TRABAJO DE TITULACIÓN ESPECIAL PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

MAGISTER EN SEGURIDAD, HIGIENE INDUSTRIAL Y SALUD OCUPACIONAL

TEMA “GESTIÓN DE VALORIZACIÓN Y CONTROL DE

RIESGOS DE INCENDIOS PARA SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN EL DISEÑO DE LA REFINERÍA

DEL PACÍFICO”

AUTOR ING. ELECT. GALLO GALARZA JUAN DE DIOS JUSTO

DIRECTOR DEL TRABAJO DE TITULACIÓN ESPECIAL

ING. IND. UGALDE VICUÑA JOSÉ WILLIAM, MSC.

2016 GUAYAQUIL – ECUADOR

ii

DECLARACIÓN DE AUTORÍA

“La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación

Especial, me corresponden exclusivamente; y el patrimonio intelectual de

la misma a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL”

Ing. Elect. Gallo Galarza Juan De Dios Justo

C.C. 0902279207

iii

DEDICATORIA

A Dios y a mi querida esposa Colombia e hijos Juan Carlos, Jorge

Luis y Tania María por su comprensión, paciencia y todo el apoyo que me

han brindado durante el transcurso de una etapa más y muy importante

en mi vida.

iv

AGRADECIMIENTO

Al Msc. Ing. José William Ugalde Vicuña. Director por su ayuda

invaluable y entregada colaboración durante el desarrollo del presente

trabajo.

v

ÍNDICE GENERAL

Nº Descripción Pág.

INTRODUCCIÓN 1

CAPÍTULO I

MARCO TEÓRICO


1.1 Teorías generales 7

1.1.1 Definiciones 7

1.1.2 Evaluación de Riesgos 8

1.2 Teorías sustantivas 9

1.2.1 Métodos Cualitativos 10

1.2.2 Métodos Cuantitativos 11

1.3 Referentes empíricos 12

1.4 Marco Legal 14

CAPÍTULO II

MARCO METODOLÓGICO


2.1 Metodología 15

2.2 Métodos de Aplicación 15

2.2.1 Método de Riesgo Intrínseco de Incendio 16

2.2.2 Cálculo cuantitativo de riesgo 20

2.2.2.1 Radiación térmica a un objeto 20

2.2.2.2

Radiación de la llama con un objetivo a nivel del

suelo

21

vi


2.3 Hipótesis 29

2.3.1 Hipótesis General 29

2.3.2 Hipótesis especificas 30

2.4 Universo y muestra 30

2.4.1 Universo 30

2.4.2 Muestra 30

2.5 CDIU - Operacionalización de variables 30

2.6 Gestión de Datos 33

2.6.1 Seguridad y Salud en el Trabajo 33

2.6.1.1 Factores de riesgo eléctricos 33

2.6.2 Factores de Riesgo en Seguridad 34

2.6.2.1 Factores Físicos 34

2.6.2.2 Factores Químicos 35

2.6.3 Inspecciones, Pruebas y Mediciones 35

2.7 Criterios Éticos de la Investigación 36

CAPÍTULO III

RESULTADOS


3.1 Antecedentes 37

3.1.1 Efectos de un Incendio en una Subestación

Eléctrica

37

3.1.2 Efecto sobre las estructuras de las edificaciones

cercanas

37

3.1.3 El Análisis de la secuencia de un Incendio 40

3.2 Análisis y diagnostico 41

3.2.1

Cálculo de la Radiación Térmica en un

Transformador

42

3.2.1.1 Calculo de la carga de fuego ponderada (Qp) 43

3.2.1.2 Cálculo cuantitativo de riesgo 44

vii

CAPÍTULO IV

DISCUSIÓN


4.1 Contrastación empírica 48

4.2 Limitaciones 49

4.3 Líneas de investigación 49

4.4 Aspectos relevantes 50

CAPÍTULO V

PROPUESTA


5.1 Obras de construcción para seguridad 51

5.1.1 Muros separadores entre transformadores 52

5.1.2 Diques 53

5.2 Sistemas de Detección y de extinción 53

5.2.1 Tipos de Equipos de Detección 53

5.2.2 Tipos de Equipos de Extinción 54

5.3

Por utilización con aceite 561 Silicon o aceite

vegetal en el Transformador

57

5.4 Conclusiones y Recomendaciones 58

5.4.1 Conclusiones 58

5.4.2 Recomendaciones 59

ABREVIATURAS 60

ANEXOS 61

BIBLIOGRAFÍA 73

viii

ÍNDICE DE CUADROS


1

Niveles de acuerdo a la carga de fuego ponderada qp

(Mcal/m2)

18

2 Grado de peligrosidad de los combustibles 18

3 Riesgo de activación Ra 19

4 Propiedades térmicas del líquido 29

5 CDIU operacionalización de variables 1 31

6 CDIU operacionalización de variables 2 32

7

Daños por temperatura de un incendio en las estructuras

de las edificaciones cercanas

39

8

Distancia segura de aplicación de agua contra incendio

de transformador desde un hidrante bajo posibilidad que

estén energizados los terminales

56

ix

ÍNDICE DE GRÁFICOS


1 Refinería del Pacífico 3

2

Incendio del transformador de 69/13,8 kv. De 20

MVA en la subestación eléctrica de pascuales-guayas

(14 marzo 2006)

4

3

El flujo radiante del material incendiado con respecto a

objetos ubicados en el piso

22

4

Estimación de la radiación térmica del fuego a un objeto a

nivel de piso bajo condiciones de sin viento de acuerdo al

modelo de una fuente de radiación

27

5

Estimación de las características del fuego de un

almacenamiento de líquido, tasa de liberación de calor,

duración y altura de la llama

28

6 Fallas internas y externas en un transformador 33

7 Efectos de un incendio en la edificación aledaña 40

8

Dimensiones del tanque con aceite y punto seleccionado

de radiación

43

9 Muros separadores I 52

10 Muros separadores II 52

11 Diques de contención de aceite de transformador 53

12 Aplicación de detector de calor lineal en transformador 54

13

Diseño de aplicación de agua pulverizada como sistema

de contra incendio del transformador

55

14

Aplicación de agua desde una manguera para combatir

el incendio

56

15 Aplicación de nitrógeno 57

x

ÍNDICE DE DIAGRAMAS


1 Árbol de problemas 2

2

Esquema conceptual de términos relacionados con el

riesgo

8

3 Modelo de gestión de riesgos 9

4 Modelo de gestión de riesgos con mejoras 10

5

Las diferentes fallas de un transformador de potencia y

sus causas

16

6 Inspecciones, pruebas y mediciones 36

7

Secuencia de un incendio y explosión de un

transformador

41

xi

ÍNDICE DE ANEXOS


1 A - aceite mineral para transformador 62

2 B- aceite 561 silicón para transformador 68

xii

AUTOR: ING. ELECT. JUAN DE DIOS JUSTO GALLO GALARZA TEMA: “GESTIÓN DE VALORIZACIÓN Y CONTROL DE RIESGOS

DE INCENDIOS PARA SUBESTACIONES ELÉCTRICAS EN EL DISEÑO DE LA REFINERÍA DEL PACÍFICO.”

DIRECTOR: ING. IND. UGALDE VICUÑA JOSÉ WILLIAM, MSC.

RESUMEN La Importancia central de este trabajo, será identificar y evaluar los principales riesgos eléctricos que se encuentren presentes en la subestación Eléctrica a diseñarse en la Refinería del Pacifico, para la alimentación de los sistemas eléctricos de las diferentes plantas de producción de derivados de hidrocarburos, para luego proponer las medidas de prevención más óptimas. Se considerará una subestación eléctrica con transformadores que tendrá un voltaje de alimentación de ener gía eléctrica a 34,5 kV, reduciéndose su voltaje a 4,16 kV., para la utilización de energización de equipos mayores como motores eléctricos de las estaciones de bombeo de productos hidrocarburíficos, siendo de la capacidad de 7,50 / 9,37 y de 5 / 6,25 MVA, tomando el más grande de 10 MVA para nuestro análisis. Con ese requerimiento se desarrollará una evaluación con su valorización de los riesgos que se presentarían y de los resultados obtenidos minimizar las condiciones adversas que podrían suceder para protección del personal operativo y de mantenimiento. Siendo el objetivo principal, analizar la radiación térmica de un Transformador de potencia que podría incendiarse para detectar los riesgos que ocasionarían al personal que labora o a la refinería misma. Se aplicaran métodos de riesgo intrínseco para obtener el nivel de riesgo que ocasionaría por el causal de un incendio, así como se desarrollará un cálculo cuantitativo de la radiación, así como también de la altura la llama y del tiempo que se mantendría el incendio. Se encontraran los resultados en varias condiciones con el uso de dos tipos de aceite dieléctrico para ver sus efectos por radiación térmica en función de las distancias determinadas Se propondrá la utilización de medios de defensa y control, así como la utilización de otros materiales o elementos del transformador. PALABRAS CLAVES: Riesgos, Valorización, Radiación, Incendio,

Quemaduras, Diques, Detección, Extinción, Gestión, Control, Incendios, Subestaciones, Eléctricas, Diseño, Refinería, Seguridad, Higiene, Industrial, Salud, Ocupacional

Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo Ing. Ind. Ugalde Vicuña José William, MSc. C.C. 0902279207 Director de Trabajo

xiii

AUTHOR: ELECT. ENG. JUAN DE DIOS JUSTO GALLO GALARZA TOPIC: “MANAGEMENT OF VALIDATION AND CONTROL OF

FIRE RISKS FOR ELECTRICAL SUBSTATIONS IN THE DESIGN OF THE PACIFIC REFINERY”

DIRECTOR: IND. ENG. JOSÉ WILLIAM UGALDE VICUÑA MSC.

ABSTRACT The central importance of this work is to identify and assess the main electrical hazards that are present in the electrical substation designed in the Pacific Refinery, for feeding electrical systems of the different production plants hydrocarbon derivatives, for then propose the most optimal prevention measures. An electrical transformers substation shall be deemed to have a supply voltage of 34.5 kV electrical power, reducing its voltage to 4.16 kV., for the use of energization of major equipment such as electric motors pumping stations hydrocarbon product, with capacity of 7.50 / 9.37 and 5 / 6.25 MVA, taking the largest of 10 MVA for our analysis. With that request an evaluation will take place with its valuation of the risks to be presented and the results minimize the adverse conditions that could happen for protection of operating and maintenance personnel. The main objective to analyze the thermal radiation from a power transformer that could catch fire to detect the risks that would cause the people working or to the refinery itself. Intrinsic risk methods were applied to obtain the level of risk that would cause the cause of a fire as well as a quantitative calculation of the radiation that will that be developed, as well as flame height and time that the fire would be maintained. The results were in various conditions with the use of two types of dielectric oil for their effects by thermal radiation according to the distances determined. The use of means of defense and control will be proposed, and the use of other materials or elements of the transformer. KEY WORDS: Risks, Valorization, Radiation, Fire, Burns, Dams,

Detection, Extinction, Management, Control, Fire, Substations, Electrical, Design, Refinery, Safety, Industrial, Hygiene, Occupational, Health

Elect. Eng. Gallo Galarza Juan de Dios Justo Ind. Eng. Ugalde Vicuña José William MSc. C.C. 0902279207 Director of Work

INTRODUCCIÓN

La Refinería del Pacifico es un proyecto de requerimiento nacional

sobre la necesidad de derivados del petróleo y petroquímica para el país,

por lo que se propone la Construcción y puesta en marcha de una

refinería de capacidad 300 MBD, con unidades de procesos de tecnología

avanzada de conversión profunda, requeridas para producción de

Gasolinas, Diesel, GLP y Bases Petroquímicas, incluyendo las facilidades

para el suministro eléctrico, oleoductos, poliductos, acueductos e

instalaciones marítimas.

Como los requerimientos de energía eléctrica son bastante

importantes para la Refinería del Pacifico, donde existe generación

propia, así como también energía del Sistema Nacional de Transmisión

del Interconectado SNT. Esta energía tiene subestaciones eléctricas la

cuales tendrán transformadores de potencia que se encargaran de

obtener voltajes de acuerdo a los equipos a instalarse.

Cabe señalar y recalcar que en todo este proceso pueden

producirse riesgos inminentes, que en el caso de nuestro estudio se hará

referencia a la situación de producirse un incendio en unos de estos

equipos transformadores de voltajes, por la preocupación, que más allá

de las pérdidas económicas, y el caso más peligroso, la pérdida de vidas

humanas.

Se seleccionó como una parte importante de análisis de seguridad

industrial de la Refinería de Pacífico, específicamente de fuente principal

de energía eléctrica que es la subestación, donde se aplicara una

evaluación de riesgos, en base a encontrar las causas, efectos y las

consecuencias del posible incendio mencionado en su equipo principal

Introducción 2

que es el transformador de potencia, valorizando los riesgos de existir.

Delimitación del problema

La importancia de análisis de este tema es encontrar y considerar

circunstancias presentes al momento de realizar los diseños de una

subestación eléctrica para suministro de energía para la Refinería, para

que quede lo más posible protegida, y no exista la posibilidad o presencia

de un incendio. Se tiene previsto la ubicación donde se construirá la

Refinería del Pacifico, la cual es en la provincia de Manabí, cantón de

Manta en el Sector denominado el Aromo. Además se tendrá la finalidad

de conocer todos los riesgos causantes de un incendio mediante la

aplicación de los sistemas eléctricos de la Refinería, tomando el caso de

los riesgos de una subestación eléctrica, Cabe mencionar que el

problema de investigación es el incendio del equipo principal de la

subestación eléctrica, que es el transformador, que tiene aceite térmico

mineral a base de hidrocarburos, ya que es la principal preocupación de

este estudio por la radiación térmica en caso de incendiarse, evaluando

los riesgos y estableciendo los procedimientos necesarios para la

integridad de las personas y la empresa.

DIAGRAMA N° 1

ÁRBOL DE PROBLEMAS

Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Introducción 3

Formulación del problema

El problema planteado en este caso de estudio, es el relacionado

a los efectos que produce un incendio el equipo principal de una

subestación eléctrica, en donde se analizará como influye la evaluación

de riesgos de la radiación térmica del fuego de un transformador de

potencia de la subestación, para encontrar las acciones de mejoramiento

en el diseño, con seguridad, continuidad y confiabilidad de las

operaciones en la Refinería del Pacifico.

GRÁFICO N° 1

REFINERÍA DEL PACÍFICO

Fuente: Gerencia Técnica Refinería del Pacifico Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Las formulaciones serán las siguientes:

¿Cuáles serán los riesgos en el área de la subestación y su influencia

en las labores de este punto de trabajo.

¿Que causas ocasionarían el incendio de un transformador?

Refineria del Pacifico

El Aromo

Ciudad de Manta

Introducción 4

¿Cuales serian los efectos del fuego en la subestación eléctrica?

¿Cuáles serán los riesgos del incendio?

¿Que alcance de daños produciría la radiación térmica generada por el

incendio?

¿De qué manera se plantearían las medidas de prevención, en base de

los resultados obtenidos y se optimice la gestión de seguridad

Justificación del problema

Debido a los inminentes riesgos en instalación, operación y

mantenimiento de una subestación de transformación de voltajes, cuya

presencia puede ser por errores (mecánicos, eléctricos, humanos, etc.),

que con la evaluación de riesgos aplicando técnicas modernas de

análisis, se encontrará el nivel correspondiente del este, de tal manera

que la investigación se oriente para lograr la mitigación o eliminación de

las posibles causas, tal como las fallas eléctricas que se presentaren, la

ubicación del equipo propenso a un incendio.

GRÁFICO N° 2

INCENDIO DEL TRANSFORMADOR DE 69/13,8 KV. DE 20 MVA

EN LA SUBESTACIÓN ELÉCTRICA DE PASCUALES-GUAYAS (14

MARZO 2006)

Fuente: http://biblioteca.cenace.org.ec Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

http://biblioteca.cenace.org.ec/

Introducción 5

Objeto del estudio

El estudio se realiza en base a la información de la ingeniería

básica desarrollada de la Refinería de Pacifico, donde se basa en el

análisis de los aspectos relacionados a los efectos que generaría un

incendio del transformador de una subestación eléctrica.

Campo de Investigación

Se indicaran las acciones que ocasionarían un incendio en el

transformador de una subestación eléctrica, de alto riesgo laboral donde

se medirá o evaluará el alcance del riesgo generado, dando una

valorización de los efectos y sus consecuencias por un siniestro de esta

naturaleza que ocasionaría el incendio de un transformador, obteniendo el

alcance de los daños por la radiación térmica que se presenta con la

posible existencia del fuego, y que sus efectos no afecten a la integridad

de las personas que laboran, ni a las instalaciones de la refinería.

Objetivo general

Implementar una evaluación y su valoración, de la clase de

riesgos a presentarse en una subestación de transformación de voltajes,

en el caso de un incendio para poder minimizar las condiciones, para

que los actos que conduzcan este peligro no con lleve a un riesgo mayor

que afecte al personal operativo o de mantenimiento.

Objetivos específicos

Observar las condiciones de riesgos posibles a presentarse para

realizar el buen diseño de una subestación eléctrica.

Aplicar la técnica necesaria para reducir el riesgo que podría

presentarse de explosión y/o fuego.

Introducción 6

Desarrollar un plan estratégico de protección con la utilización

de las mejores técnicas actualizadas.

Novedad Científica

Será viable este proyecto debido a que se obtendrá el permiso y

autorización del funcionario directo de la Refinería del Pacífico, para

poder desarrollar el tema dentro de ella.

En la actualidad se preocupa un diseño, solamente de establecer

determinados parámetros de ubicación de un transformador como equipo,

estableciéndose de acuerdo a normas o reglamentos de carácter técnico,

para obtener finalmente su funcionamiento y servicio, pero no se

considera profundamente las afectaciones que ejercerían en caso de

incendiare en el ambiente o en la seguridad de las personas y de los

bienes materiales, mas aun considerando que el generador del fuego es

el aceite mineral aislante del equipo y que es un componente

hidrocarburífico.

Por ello en este estudio se explica las razones o efectos que se

produce el incendio, encontrando su magnitud del daño y realizando la

gestión de que pueda disminuir los daños o evitarlo.

CAPITULO I

MARCO TEÓRICO

Como la prioridad es establecer el nivel de riesgo en función de la

intensidad o gravedad de un incendio posible en un transformador como

equipo principal y siendo el más peligroso, estableciendo como el objeto

más importante de nuestro estudio.

1.1 Teorías Generales

1.1.1 Definiciones

Peligro: Es la "Situación inherente con capacidad de causar

lesiones o daños a la salud de las personas, al medio ambiente y a la

propiedad" [1]

Riesgo: Es "Una combinación de la probabilidad de que ocurra un

suceso peligroso con la gravedad de las lesiones o daños para la salud, al

medio ambiente y a la propiedad que pueda causar el suceso”. [1]

En relación al riesgo debemos aceptar que es función de tres

factores:

La probabilidad de que ocurra un fenómeno potencialmente dañino.

La vulnerabilidad.

La exposición a este peligro.

Lo que se puede comprender con la aplicación de la ecuación

siguiente:

Marco teórico 8

Riesgo = f (Peligro, Vulnerabilidad, Exposición)

R = f (P * V * E) [1]

(1.1)

1.1.2 Evaluación de Riesgos

El análisis del riesgo es requerido para encontrar todas las

posibilidades que causen perdida a las propiedades, al personal

involucrado de operación y/o mantenimiento, así como al medio ambiente

de eventos no deseados.

DIAGRAMA N° 2

ESQUEMA CONCEPTUAL DE TÉRMINOS RELACIONADOS CON EL

RIESGO

Fuente: Fundamentos en Seguridad y Gestión del Riesgo Industrial Maestría MICRO III-España Ingeniería de Confiabilidad Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Se debe considerar que todo esto se podría evitar de manera que

exista un buen diseño que siempre tome en cuenta a la seguridad

industrial y salud ocupacional asi como el ambiente del lugar en estudio

de tal forma que con lleva realizar procedimientos apropiados de buenas

prácticas en las operaciones, inspecciones y mantenimiento de los

equipos propensos a sufrir por fallas internas o externas que afecten a su

funcionamiento óptimo.

Marco teórico 9

DIAGRAMA N° 3

MODELO DE GESTIÓN DE RIESGOS

Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene del Trabajo Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales-España. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Es importante tomar en cuenta que debemos establecer un

procedimiento que nos entregue una secuencia tal como:

a) Precisar cuál es el riesgo a suceder,

b) Realizar un método de aplicación para cuantificar el tipo y nivel de

riesgo,

c) Con la participación de profesionales calificados que realizarían las

evaluaciones.

Un objetivo adicional es mejorando la seguridad actual de ser el

caso, dando un valor agregado con la continua reevaluación del riesgo

revisando los incidentes, los ATS, las inspecciones, etc.

1.2 Teorías Sustantivas

Por lo tanto para la valoración se utilizará métodos apropiados

que determinen las características del riesgo, la frecuencia de los

Marco teórico 10

elementos expuestos, su vulnerabilidad, las pérdidas, etc. El análisis

mayor lo de desarrollares con los siguientes métodos:

DIAGRAMA N° 4

MODELO DE GESTIÓN DE RIESGOS CON MEJORAS

Fuente: Instituto Nacional de Seguridad e Higiene del Trabajo Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales-España. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

I. Métodos cualitativos

II. Métodos cuantitativos

1.2.1 Métodos Cualitativos

Identificando el origen de los riesgos, y analizando la posibilidad de

causar daños o accidentes de trabajo Y con la revisión de los

componentes de un equipo, en nuestro caso el transformador de una

subestación, al encontrar las posibles fallas, las mismas que son

sometidas a investigación. Los métodos cualitativos pueden ser

comparativos o generalizados. [2]

Marco teórico 11

Métodos comparativos. Estos métodos toman información

en base a la experiencia obtenida a través del tiempo de los equipos

o también comparándolos con otras instalaciones, así como de estudios

de eventos que se hayan producido. Aquí influye la documentación

referente a Reglamentos, manuales técnicos, hojas de chequeo, como el

conocimiento estadístico con respecto a un equipo.

Métodos generalizados. Con los estudios de los procesos, así

como las instalaciones, será fundamental realizar evaluaciones de

riesgo con métodos específicos. Los métodos generalizados más

importantes son:

Análisis "What if ?", “¿Qué pasaría sí…?

Análisis funcional de operatividad, HAZOP.

Análisis de árbol de sucesos, ETA.

Análisis de modo y efecto de los fallos, FMEA.

Como métodos cualitativos generalizados específicos aplicables en

evaluaciones de riesgo de incendio son entre los más importantes:

Riesgo intrínseco

Gretener

Gustav-Purt

MESERI

1.2.2 Métodos Cuantitativos

El objeto principal es conocer el desarrollo o alcance de un posible

accidente, y ver su probabilidad de acontecimiento, este análisis debe

realizarse desde su origen, anotando cuantos fallos de mal

funcionamiento de un equipo se han producido, o de cuantas malas

operaciones del mismo se han presentado, para poder tener o lograr una

valorización del riesgo.

Marco teórico 12

La evaluación cuantitativa procede realizando lo expresado a

continuación:

a) Primeramente con la Identificación del peligro.

b) Valorando cual es la probabilidad de ocurrencia y su frecuencia.

c) Catalogando y teniendo información sobre los riesgos a presentarse.

Existen diferentes métodos cuantitativos, entre ellos, indicamos los

siguientes:

• Determinación de fallo de causa común

• Análisis por medio del árbol de fallos

• Cálculo de daños (Probit)

• Cálculo cuantitativo de riesgo

1.3 Referentes Empíricos

La evaluación de riesgos ha sido escogida mediante la aplicación

para encontrar la Radiación Térmica y sus efectos, mediante el cálculo del

riesgo intrínseco donde valora el nivel de riesgo y del cálculo cuantitativo

de riesgo que es en base a un programa para establecer determinadas

parámetros presentes en un incendio.

Se presentan diversos trabajos realizados en diferente lugar y

tiempo, pero que ayudarán al desarrollo comparativo con el presente

estudio:

En la Tesis de Master de José Luis Barrera Lobato denominada

ANÁLISIS Y EVOLUCIÓN PCI EN CENTRALES HIDROELÉCTRICAS.

INCENDIOS EN TRANSFORMADORES. Sustentada en la Universidad

Pontificia de Comillas en Madrid el 2012 desarrollas en cumplimiento de

Marco teórico 13

reglamentaciones de seguridad en centros industriales analiza su

aplicación en el caso de incendios.

Por lo tanto describe la medida de riesgo de este, como un medio

de causa daños materiales de los bienes y daños a la integridad de las

personas analizando esta intensidad a diferentes distancias para

encontrar la correspondiente que sea apropiada para dar mejor

seguridad, por lo tanto se centra su atención en el incendio de un

transformador.

También se aprecia una metodología que sigue lo que permitirá la

ubicación correcta con las distancias de separación o los medios de

protección. El riesgo principalmente debe ser encontrando la dimensión

de carga de fuego.

Este autor profundiza su análisis como la evolución que ha tenido

en el tiempo la protección considerada por como activa. Por lo tanto

profundiza su estudio en el incendio de un transformador Por lo que

describe el método a seguir en lo que se encuentra en el alrededor de un

transformador y de igual manera una dedicación al aceite dieléctrico que

el transformador tiene almacenado para su refrigeración

Otro Trabajos es el presentado José Luis Saá Loor titulado

ANÁLISIS DE RIESGOS PARA LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE

CRUDO DE ECUADORTLC S.A. para si tesis de master en la Universidad

de San Francisco de Quito – Universidad de Huelva el 2009, tiene

como finalidad analizar las consecuencias de accidentes mayores que se

podrían presentar en la Planta de Tratamiento de Crudo (PTC) de

ECUADORTLC S.A, donde se realiza un Análisis Cuantitativo de

Riesgos (ACR), esta empresa es perteneciente a Petrobras con sede en

Quito. En este análisis donde se aplico el medio informático de ALOHA

®. Estableciéndose las áreas de afectación por Radiación térmica,

Marco teórico 14

explosión posible de gases e incendio y los requerimientos de seguridad

industrial, así como la elaboración de planes de emergencia de tal manera

que no afecte a la seguridad y salud de los trabajadores.

1.4 Marco Legal

Para la elaboración del análisis de riesgos de incendio, se

consideraran como base de cumplimiento las siguientes normativas,

reglamentos y leyes:

a.- Constitución Política de la República del Ecuador. R.O. Nº 449 octubre

de 2008,

b.- Ley de Régimen del Sector Eléctrico, R.O. N° 43, R.O. N° 1, enero de

2007.

c.- Ley Orgánica de Salud N° 67

d.- Reglamento de Prevención de Incendios, R.O.N° 47, marzo de 2007

e.- Reglamentos de Seguridad en el Trabajo contra Riesgos en

Instalaciones De Energía Eléctrica, publicado en el R.O N° 249 Febrero

de 1998

g.- Código de Trabajo, Título IV De los Riesgos del Trabajo

h.- Decreto Ejecutivo 2393, R.O. N° 565 noviembre de 1986.

i.- Norma NFPA 15 Sistemas fijos de densidad de agua para protección

contra incendio.

j.- Norma NFPA 101 Código de Seguridad Humana

k.- Norma NFPA 803 Protección contra Incendios para las plantas Agua

ligera

CAPÍTULO II

MARCO METODOLÓGICO

2.1 Metodología

La metodología que se utiliza será en base a la experiencia de

instalaciones similares donde se han encontrado cada vez la necesidad

de un mejoramiento, encausándolo a proponer obras que ayuden a

proteger las subestaciones, además también tiene mucho que ver la

investigación en base a la bibliografía con respecto a este tema,

principalmente de las acciones que producirían la radiación térmica.

2.2 Métodos de Aplicación

La aplicación de métodos serán para analizar las causas deben

tomarse en cuenta tres elementos que deberían estar presentes, los

cuales son el material combustible contenido en el transformador, la

presencia de oxigeno (en el ambiente) y la fuente de ignición.

Para una mejor concepción de todas las circunstancias de posibles

fallas a ocasionarse en el transformador, se demuestran en el diagrama

N° 5 [3]

De los métodos indicados los que utilizaremos para nuestro análisis

aplicándolos para la evaluación de incendio en transformadores de una

subestación son los siguientes:

Como método cualitativo: - Método de Riesgo intrínseco.

Como método Cuantitativo: - Cálculo cuantitativo de riesgo.

Marco Metodológico 16

2.2.1 Método de Riesgo Intrínseco de Incendio

Se basa en el cálculo de la carga de fuego ponderada (Qp) para

área de incendio, con un análisis de una carga de fuego unitaria. Este

método es útil para establecer las distancias entre edificios, la resistencia

al fuego y características de los muros que deben separarlos.

DIAGRAMA N° 5

LAS DIFERENTES FALLAS DE UN TRANSFORMADOR DE

POTENCIA Y SUS CAUSAS

Elaborado por: Gallo Galarza Juan, la traduccion de: Reliability Enhancement of power Transformer Protection System -Abdelkader Abdelmoumene and Hamid Bentarz Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo


En función de la carga de fuego ponderada (Qp), se clasifican

estableciéndose niveles que nos proporcionarían si el riesgo es bajo

medio o alto como se indica en el CUADRO N° 1

El cálculo de la carga de fuego ponderada Qp se establece

mediante la expresión:

21 /***

mMcalRA

CipiHiQp a

i

(1)

Revisando los materiales que componen el equipo en análisis y sus

propiedades se someterían al cálculo de la carga de fuego ponderado.

Siendo:

Qp: carga de fuego ponderada. Mcal/m2

pi: masa de los combustibles. Kg.

Hi: poder calorífico

Ci: peligrosidad de los productos

A: Área en m2

Ra: riesgo de activación

Valor del Coeficiente Ci: (Depende del CUADRO N°2)

De acuerdo a los niveles de peligrosidad según las industrias, o

fábricas podemos establecer un coeficiente del riesgo de activación Ra de

acuerdo al CUADRO N° 3


CUADRO N° 1

NIVELES DE ACUERDO A LA CARGA DE FUEGO PONDERADA QP

(Mcal/m2)

RIESGO BAJO

Nivel Carga de fuego ponderada (Qp)

1 0< Qp<= 100

2 100< Qp<=2200

RIESGO MEDIO


3 200< Qp<= 300

4 300< Qp<= 400

5 400< Qp<= 800

RIESGO ALTO


6 800< Qp<= 1600

7 1600< Qp<=3200

8 Qp>= 3200 Fuente: Investigación de campo Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

CUADRO N° 2

GRADO DE PELIGROSIDAD DE LOS COMBUSTIBLES



Grado de resistencia al fuego (RF)

El grado de resistencia al fuego de los elementos estructurales de

una edificación está dado por la siguiente expresión:

(2.2)

Qp: Carga de fuego Ponderada

Ca: Coeficiente adimensional

CUADRO N° 3

RIESGO DE ACTIVACIÓN Ra


El valor de Ca será de valor 3 si la carga de fuego ponderada

viene expresada en Mcal/m2 y 12 si viene expresada en MJ/m2. [4]


2.2.2 Cálculo cuantitativo de riesgo

Los incendios de transformadores, son de una probabilidad de

riesgo bajo, pero en caso de producir un incendio, pueden ser intensos

emisores de calor, humo, y otros productos de la combustión por el aceite

mineral de aislamiento es combustible, siendo a base del petróleo el.

Siendo por esta causa la radiación alta que pone en peligro la integridad

de las personas de operación o mantenimiento, a la brigada de control

incendios, de los bomberos y de los edificios circundantes.

Se utilizará una hoja de cálculo proporcionada por la UNITED

STATES NUCLEAR REGULATORY COMMISSION (COMISION DE

REGULACION NUCLEAR DE LOS ESTADOS UNIDOS), del cual se

presenta el método detallado para evaluar el impacto de la radiación de

los fuegos contenidos en tanque o en el dique de contención del

transformador hacia una distancia propuesta para investigar el alcance de

la misma. [5]

2.2.2.1 Radiación térmica a un objeto

La radiación de una llama, o cualquier gas caliente, es impulsada

por su temperatura y emisividad.

La emisividad se expresa como un valor entre 0 y 1, siendo 1 un

radiador perfecto. La radiación que una persona siente se ve afectada

por la temperatura de la llama y el tamaño (altura) de esta.

Los incendios con líquidos de hidrocarburos, son también

bastante generadores de humo por las llamas. Por lo tanto, un

observador al aproximarse a un fuego líquido inflamable / combustible,

siente más calor que un observador acercarse a un fuego combustibles

ordinarios del mismo tamaño en comparación. [5]


2.2.2.2 Radiación de la llama con un objetivo a nivel del suelo

El peligro de radiación térmica de un fuego depende de un número

de parámetros, incluida la composición del combustible, el tamaño y la

forma del fuego, su duración, la proximidad al objeto en riesgo.

El modelo de fuente puntual, asume que la energía radiante se

libera en un punto situado en el centro del fuego.

El flujo de calor radiante a cualquier distancia de la fuente de fuego

es inversamente proporcional a la distancia de separación horizontal ®,

por la siguiente ecuación (Drysdale, 1998):

(2.3)

Dónde:

= Flujo de calor radiante (Kw/m2)

= Tasa de liberación de calor del fuego (Kw)

R = Distancia radial desde el centro de llama al borde del objeto

(m)

Xc = Fracción de la energía total radiada


GRÁFICO N° 3

EL FLUJO RADIANTE DEL MATERIAL INCENDIADO CON RESPECTO

A OBJETOS UBICADOS EN EL PISO

Fuente: Block Técnico en seguridad, Martin Palma C.- HSE PERU S.A. 2013 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

En general, Xc depende del combustible, del tamaño de la llama,

cuya configuración puede variar de aproximadamente 0,15 para

combustibles de baja formación de humos (por ejemplo, alcohol) a 0.60

para combustibles de alta ignición (por ejemplo los hidrocarburos). Ver el

GRAFICO N° 3, para una representación gráfica de la pertinente

nomenclatura de aplicación, así como en el CUADRO N° 2.4 de las

propiedades térmicas del líquido en estudio, en nuestro caso el aceite del

transformador.

Los efectos de la radiación térmica que experimentan las personas

dependen de la longitud de tiempo que están expuestos con un

determinado nivel de radiación térmica específica. Duraciones de tiempo

de exposición de la radiación térmica más largos, incluso a un nivel de

radiación térmica más baja, pueden producir efectos fisiológicos graves.

[5]


Datos dados por el programa diseñado para modelar emisiones

ALOHA (Areal Locations of Hazardous Atmospheres).

• 10 Kw / m2 (potencialmente letal dentro de los 60 segundos)

• 5 Kw / m2 (quemaduras de segundo grado en 60 segundos)

• 2 Kw / m2 (dolor en 60 segundos).

La Tasa de Liberación de Calor (HRR) de un incendio puede ser

determinado por un laboratorio o por pruebas de campo, donde el valor

máximo para el fuego, viene dada por la siguiente ecuación (Babrauskas,

1995): [6]

(2.4)

Dónde:

= = Tasa de liberación de calor del fuego (Kw)

= Ardor o tasa de pérdida de masa por unidad de área por

unidad de tiempo (kg / m2-sec)

= calor efectivo de combustión (Kj/ kg)

= área de combustión horizontal del combustible (m2)

= constante empírica (m-1)

D = diámetro de la zona de la quema (m)

Para tanques con aceite de Transformador, no circulares, el

diámetro efectivo se define como el diámetro de un área circular dada por

la siguiente ecuación:


(2.5)

Dónde:

= área de superficie del tanque o dique no circular (m2)

D = diámetro del fuego (m)

Distancia del centro del juego aun objeto determinado

R=L + D/2 (m) (2.6)

Cálculo de la radiación térmica.

RQq r 4/" Kw/m2 (2.7)

En el GRAFICO N° 2.5 También podemos apreciar los valores

obtenidos del tiempo de duración del fuego y de la altura del fuego inicial.

La duración del fuego (t). La velocidad de combustión de un

combustible dado se controla tanto por su composición química, su forma

y la propiedad del material combustible.

Un factor de forma es la relación de superficie donde se encuentra

encendido el aceite del transformador ya sea contenido en el tanque del

transformador o el derramado y mantenido en el dique colector.

El tiempo (t) de duración del fuego calcula mediante la siguiente

formula:

2

4

D

Vt (2.8)


Donde:

V = Volumen del líquido (galones o m3)

D = Diámetro del área incendiada (m)

v = Tasa de regresión (m/seg.)

En la medida de tiempo que se consuma el material combustible

este disminuye en volumen y la velocidad de combustión, también

llamada la tasa de regresión (v), se define como una pérdida volumétrica

de líquido combustionado por unidad de área de superficie del tanque o

del dique por unidad de tiempo, como se ilustra por la siguiente expresión:

""m

(2.9)

Donde:

"m = Tasa de la masa en combustión del material por unidad de

área (kg/m2-seg.).

= Densidad del líquido kg/m3.

Altura de la llama (Hf .) La altura de la llama es un indicador del

peligro para el riesgo que se desarrollaría en la transferencia de radiación

térmica.

Existen dos principales cálculos como base utilizados que son por

Heskestad 1995 y Thomas 1962 respectivamente.


DQH f 02.1235,0.

3/2 (2.10)

Donde:

Hf = Altura de la llama

Q = Tasa de liberación de calor (Kw)

D = Diámetro de la llama (m)

61,0

42

gD

mDH

a

f (2.11)

Donde:

Hf = Altura de la llama (m)

D = Diámetro de la llama (m)

m” = Tasa de la masa en combustión del material combustible por

una unidad de área (kg/m2-seg.).

= Densidad del líquido (kg/m3)

g = Gravedad (m/seg2)


GRÁFICO N° 4

ESTIMACIÒN DE LA RADIACIÒN TÈRMICA DEL FUEGO A UN

OBJETO A NIVEL DE PISO BAJO CONDICIONES DE SIN VIENTO DE

ACUERDO AL MODELO DE UNA FUENTE DE RADIACIÒN

CHAPTER 5. ESTIMATING RADIANT HEAT FLUX FROM FIRE TO A TARGET

FUEL AT GROUND LEVEL UNDER WIND-FREE CONDITION

POINT SOURCE RADIATION MODELVersion 1805.0The following calculations estimate the radiative heat flux from a pool fire to a target fuel.

The purpose of this calculation is to estimate the radiation transmitted from a burning fuel array to a target

fuel positioned some distance from the fire at ground level to determine if secondary ignitions are likely with no wind.

Parameters in YELLOW CELLS are Entered by the User.

Parameters in GREEN CELLS are Automatically Selected from the DROP DOWN MENU for the Fuel Selected.

All subsequent output values are calculated by the spreadsheet and based on values specified in the input

parameters. This spreadsheet is protected and secure to avoid errors due to a wrong entry in a cell(s).

The chapter in the NUREG should be read before an analysis is made.

INPUT PARAMETERS

Mass Burning Rate of Fuel (m") kg/m2-sec

Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE kJ/kg

Empirical Constant (kb) m-1

Heat Release Rate (Q) 0,00 kW

Fuel Area or Dike Area (Adike) f t2 0,00 m2

Distance between Fire and Target (L) f t 0 m

Radiative Fraction (r)

OPTIONAL CALCULATION FOR GIVEN HEAT RELEASE RATE

Select "User Specified Value" from Fuel Type Menu and Enter Your HRR here → kW

Calculate

Fuente: United States Regulatory Commission (Comisión de Regulación Nuclear de los Estados Unidos) Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo


GRÁFICO N° 5

ESTIMACIÒN DE LAS CARACTERÌSTICAS DEL FUEGO DE UN

ALMACENAMIENTO DE LÍQUIDO, TASA DE LIBERACIÒN DE

CALOR, DURACIÒN Y ALTURA DE LA LLAMA

CHAPTER 3. ESTIMATING BURNING CHARACTERISTICS OF LIQUID POOL FIRE,

HEAT RELEASE RATE, BURNING DURATION, AND FLAME HEIGHTVersion 1805.0 The following calculations estimate the heat release rate, burning duration, and flame height for liquid pool fire.






INPUT PARAMETERS

Fuel Spill Volume (V) gallons 0,0000 m3

Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) ft2

0,000 m2

Mass Burning Rate of Fuel (m") kg/m2-sec

Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) kJ/kg

Fuel Density () kg/m3

Empirical Constant (kb) m-1

Ambient Air Temperature (Ta) °F -17,78 °C

255,22 K

Gravitational Acceleration (g) m/sec2

Ambient Air Density (a) 1,38 kg/m3

Calculate

Note: Air density will automatically correct with Ambient Air Temperature (Ta) Input



CUADRO N° 4

PROPIEDADES TÈRMICAS DEL LÍQUIDO

THERMAL PROPERTIES DATA BURNING RATE DATA FOR LIQUID HYDROCARBON FUELS

Mass Burning Rate Heat of Combustion Density Empirical Constant Select Fuel Typem" (kg/m2-sec) DHc,ef f (kJ/kg) (kg/m3) kb (m1

)

Methanol 0,017 20.000 796 100 Scroll to desired fuel type

Ethanol 0,015 26.800 794 100 Click on selection

Butane 0,078 45.700 573 2,7

Benzene 0,085 40.100 874 2,7

Hexane 0,074 44.700 650 1,9

Heptane 0,101 44.600 675 1,1

Xylene 0,09 40.800 870 1,4

Acetone 0,041 25.800 791 1,9

Dioxane 0,018 26.200 1035 5,4

Diethy Ether 0,085 34.200 714 0,7

Benzine 0,048 44.700 740 3,6

Gasoline 0,055 43.700 740 2,1

Kerosine 0,039 43.200 820 3,5

Diesel 0,045 44.400 918 2,1

JP-4 0,051 43.500 760 3,6

JP-5 0,054 43.000 810 1,6

Transformer Oil, Hydrocarbon 0,039 46.000 760 0,7

561 Silicon Transformer Fluid 0,005 28.100 960 100

Fuel Oil, Heavy 0,035 39.700 970 1,7

Crude Oil 0,0335 42.600 855 2,8

Lube Oil 0,039 46.000 760 0,7

User Specified Value Enter Value Enter Value Enter Value Enter Value

FuelTransformer Oil, Hydroc


2.3 Hipótesis

2.3.1 Hipótesis General

Mejorar las condiciones de trabajo, para lograr que la radiación

térmica no exista o sea minimizada lo mejor posible.

Como unos de los requisitos en la actualidad es la seguridad sobre

todo, así como el control ambiental, esto nos permitirá que los servicios

industriales tengan calidad, continuidad y confiabilidad:


2.3.2 Hipótesis especificas

Los objetivos de este análisis al diseñar previniendo un daño hace que

se tenga una mejor eficiencia.

Las consideraciones de este análisis hace tener mejores

procedimientos de control y defensa para un buen servicio.

Que los conocimientos adquiridos y su aprovechamiento dependerá de

los procedimientos apropiados y las capacitaciones respectivas.

2.4 Universo y muestra

2.4.1 Universo

Objeto de este análisis fueron los transformadores que

corresponden a una subestación eléctrica, ya que son equipos

conteniendo elementos y materiales peligrosos sujetos a fallas

electromecánicas internas y externas

2.4.2 Muestra

Para nuestro estudio se tomó uno de los transformadores de

potencia, de una capacidad equivalente a 10 MVA de voltaje 34,5/4,16

kV., para nuestro análisis, tomando en consideración el efecto que puede

tener en otros de su alrededor, así como de las edificaciones aledañas.

2.5 CDIU - Operacionalización de variables

En la siguiente tabla se puede mostrar la matriz CDIU en cuanto a

las variables inmersas en el estudio de investigación, se clasifican en

categorías, dimensiones, instrumentos y unidad de análisis.


CUADRO N° 5

CDIU OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 1

Categoría Dimensiones Instrumentos Unidad de Análisis

Empresa Estatal Reducción de

beneficios empresarial

Encuesta

Unidades de potencia MVA, voltajes KV y

Radiación térmica kW/m2

Laboral

Trabajadores enfermos por

radiación térmica

eléctricos

Observación y vistas de campo

Números de Trabajadores


Categorías: En la columna de categorías se ha seleccionado la

empresa Estatal y laboral. La Empresa Estatal para evaluar la situación

actual de la empresa Refinería del Pacífico. Mientras que la categoría

laboral está enfocada a los trabajadores que son afectados por radiación

térmica.

Dimensiones: La productividad se examinará en la empresa y a

los trabajadores afectados por contactos eléctricos y por incendios de

origen eléctrico.

Instrumentos: El primordial instrumento son las encuestas, que

serán realizadas a todos los trabajadores de la Refinería del Pacífico, Y el

otro instrumento es la observación y visitas de campo que servirán para

tener más claro la realidad del estudio.

Unidad de análisis: Se cuantificarán por medio de unidades

producidas de potencia eléctrica MVA, voltajes en KV, por radiación

térmica kW/m2 y por número de trabajadores enfermos por radiación

térmica.


CUADRO N° 6

CDIU OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES 2

Hipótesis General Variables Indicadores

Mejorar las condiciones de trabajo, para lograr

que la radiación térmica no exista o sea

minimizada lo mejor posible.

Variable Independiente

Procedimiento del análisis

Variable Dependiente Métodos de Evaluación

Aseguramiento al personal

Aplicación en el diseño Atención del problema

Conocimiento

Concientización del caso

Información bibliográfica Estadísticas

Cálculos Gestión de aplicación

Hipótesis Especifica Variables Indicadores

Los objetivos de este análisis al diseñar

previene un daño, y hace que se tenga una

mejor eficiencia.

Variable Independiente Objetivos de aplicación

Variable Dependiente Utilización de conceptos

Normalizaciones Estrategias

Guías Planes

Calidad aplicada al diseño

Eficiencia Factibilidad

Las consideraciones de este análisis hace tener mejores procedimientos

de control y defensa para un buen servicio.

Variable Independiente Procedimiento del

análisis

Variable Dependiente Mejor Servicio a la

Empresa

Atención Capacitación

Seguridad de Trabajo

Recursos cedidos Seguridad del

trabajador Información al trabador

Que los conocimientos adquiridos y su

aprovechamiento dependerá de los procedimientos apropiados y las capacitaciones

respectivas.

Variable Independiente Planes y programas del

análisis

Variable Dependiente

Aprovechamiento de los conocimientos

Programas Capacitación

Desempeño en el diseño

Recursos Tiempo de preparación

Políticas Trabajo en equipo



2.6 Gestión de Datos

La importancia de poder tener una clara definición del alcance del

estudio, requiere la obtención de información tanto técnica como

estadística de existir, así como que modelos de gestión debería utilizarse.

Bajo ese concepto consideraremos los aspectos a ser tomados en cuenta

en el campo de la seguridad e higiene industrial.

2.6.1 Seguridad y Salud en el Trabajo

En consideración que el transformador de una subestación, por

circunstancias adversas exista una falla de funcionamiento, lo cual

afectaría si llegara al caso de producirse un incendio, analizaremos los

factores de riesgos que se presentaren por este suceso.

2.6.1.1 Factores de riesgo eléctricos

Como el transformador de potencia generalmente tiene aceite

mineral de característica inflamable y combustible, se analiza los

posibles fallos eléctricos internos y externos en el equipo.

GRÁFICO N° 6

FALLAS INTERNAS Y EXTERNAS EN UN TRANSFORMADOR

Fuente: Evaluación Fiabilidad de los transformadores de potencia S. Tenbohlen, F. Vahidi Universität Stuttgart Germany M. Krüger Omicron electronics GmbH Austria


Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Fallos eléctricos internos

Previendo en el diseño donde se especifique correctamente el

transformador para evitar una falla eléctrica ya sea por calentamiento de

sobrecarga por degradación del aislamiento.

Ejemplo es un posible arco eléctrico por un corto circuito,

produciendo alta temperatura del aceite contenido en el tanque,

ocasionando una sobre presión por los gases formados. [7]

Fallos eléctricos externos

Hay que considerar como causas externas la presencia de

descargas atmosféricas, sobre voltajes y sobrecargas.

2.6.2 Factores de Riesgo en Seguridad

Se analizarán los más importantes factores inherentes y

vinculados como causales de los daños al personal operativo y de

mantenimiento, así como a todos los equipos asociados, en el caso de un

incendio en el transformador.

2.6.2.1. Factores Físicos

El factor físico que se presentare, y el más grave, es el de una

quemadura, ya que su radiación de calor es dependiente de la capacidad

térmica del líquido almacenado en el tanque del transformador.

En la posibilidad del incendio de un transformador y por la

radiación térmica considerable, puede producir quemaduras de tal


gravedad que dependería del nivel de afectación en la piel. La acción de

la radiación térmica produce dos tipos de efectos:

Fisiológicos. Este es de menor afectación, existe generalmente

una alta transpiración, aumento de la temperatura del cuerpo y acelerar

los latidos del corazón.

Patológicos. Estos efectos producidos son de mayor importancia,

ya que la radiación calórica es absorbida por la piel. Se ha categorizado

de acuerdo a la intensidad del calor de la radiación en los siguientes

niveles de quemaduras.

Se han categorizado los niveles de quemaduras en 1°, 2° y 3°

grado, basados en la extensión y profundidad del daño en el cuerpo, de

acuerdo a la intensidad del calor recibido y al tiempo del tiempo de

exposición. [8]

2.6.2.2 Factores Químicos

Uno de los elementos constitutivo del transformador es el aceite

refrigerante y siendo a base de hidrocarburos, por lo que debe controlarse

que no contengan PCB como un aditivo de mejoramiento de las

cualidades aislantes, ya que este es toxico y produce contaminación,

agravando la situación ya que un factor importante es por la inhalación del

humo de combustión que se produce en un incendio.

2.6.3 Inspecciones, Pruebas y Mediciones

La categoría de las inspecciones, pruebas y mediciones como se

ilustra en el diagrama n° 6 son también indicadores de la posibilidad de

riesgo, que con una buena metodología de aplicación periódica se puede


diagnosticar el estado del mismo y prever daños propios del equipo, así

como evitar un posible incendio con sus consecuencias. [9]


DIAGRAMA N° 6

INSPECCIONES, PRUEBAS Y MEDICIONES

Elaborado por: Gallo Galarza Juan, la traduccion de Hydro Plant Risk Assessment Guide – Appendix E5 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

2.7 Criterios Éticos de la Investigación

La aplicación de la Ética en la investigación es mantener la

información concerniente a la Refinería del Pacifico regido y dictados por

esta empresa, tanto en el manejo de la información y la confidencialidad

de la misma, de igual manera de toda la información bibliográfica utilizada

se ha respetado las autorías correspondientes.

CAPÍTULO III

RESULTADOS

3.1 Antecedentes

3.1.1 Efectos de un Incendio en una Subestación Eléctrica

Generalmente en la actualidad se establece que aproximadamente

el 70% de los incendios son por causas eléctricas, de ello parte la

preocupación que durante el diseño de una subestación eléctrica deben

tomarse en cuenta la posibilidad de ocurrencia.

Por ello no solo es importante una buena coordinación de las

protecciones eléctricas, logrando que las mismas actúen oportunamente

cuando una falla se presente sino por otro lado se pueda contar con un

sistema de detección de incendios que notifique inmediatamente ante la

presencia de humo, calor o radiación. Generalmente en las instalaciones

petroleras por el motivo de mantener una productividad continua los

sistemas son redundantes. Previo al incendio hay una explosión por la

generación de gases en el interior de un transformador, lo que ocasiona

levantamiento de la tapa del transformador o una rotura de la cuba

derramándose el aceite que produciría una contaminación en el suelo y/o

drenajes, por lo tanto debe tener un pozo de recolección.

3.1.2 Efecto sobre las estructuras de las edificaciones cercanas

Los elementos estructurales de una edificación cercana a la

subestación pueden sufrir consecuencias deteriorantes se estas no se

consideran el diseño su capacidad de resistir la radiación térmica

Resultados 39

producida por el incendio lo que puede impactar en las columnas de

concreto y sus paredes que generalmente son de concreto también.

Casos comunes de presentarse son:

Efecto de Fisuración: Son las Fisuras en las superficies de las

columnas o paredes se presentarían en función de la temperatura que

reciban las estructuras, en el CUADRO N° 7 nos muestra el alcance de

los posibles daños en base a la temperatura receptada

Efecto de carbonatación: La acción de altas temperaturas por un

incendio sobre las estructuras de concreto puede dar como consecuencia

un proceso químico de carbonatación, lo cual consiste en una reacción

mediante el hidróxido cálcico que es un componente de la mezcla del

concreto y que ayuda a evitar la corrosión del hierro de las columnas de

la edificación, que en caso de incendio puede producirse perdida de agua

convirtiéndose en oxido cálcico (CaO.)

Ca (OH)2 = CaO + H2O

Hidróxido Cálcico= Oxido Cálcico + Agua

Otra circunstancia es que el concreto armado si recibe un

enfriamiento rápido, el hierro de la estructuras puede quedar frágiles.

Y de igual forma si hay una permanencia de temperatura alta las

columnas y/o paredes quedarían afectadas perdiendo adherencia entre

sus componentes.

Por ello deben realizarse investigaciones apropiadas para evitar

daños de fisuración, oxidación, carbonatación o variaciones del pH en

función del ambiente que lo rodea [10].

Resultados 40

CUADRO N° 7

DAÑOS POR TEMPERATURA DE UN INCENDIO EN LAS

ESTRUCTURAS DE LAS EDIFICACIONES CERCANAS

Temperatura C°

Alcance de los daños

200 °C < Ta< 300 °C Pérdida del agua capilar, no hay

modificaciones estructurales, ni disminuye la resistencia.

300 °C < Ta< 400 °C

Pérdida del agua del concreto. Aparecen fisuras superficiales y presenta una

coloración rosácea debido a los cambios que sufren los compuestos de hierro.

400 °C < Ta< 600 °C

Desprendimiento de cal viva a partir del hidróxido cálcico de hidratación de silicatos.

Cuando se enfría el hormigón sus propiedades mecánicas pueden disminuir

en función del método de extinción del incendio y de las tensiones estructurales a

las que esté sometido. Color rojizo.

600 °C < Ta< 950 °C

Los áridos se expanden y debido a sus diferentes coeficientes de dilatación,

aparece la disgregación. El hormigón adquiere tonalidades grisáceas, pierde agua intersticial y se vuelve poroso. En

estas situaciones se produce una pérdida de resistencia que puede oscilar entre el 60% y el 90%, siendo necesaria su total sustitución para garantizar la estabilidad

estructural del edificio.

950 °C < Ta< 1200 °C

Destrucción del conglomerado, adquiriendo un tono amarillento. El hormigón carece de resistencia residual alguna. Generalmente

el hormigón suele quedar cubierto por humo generado en el por lo que se debe limpiar

cuidadosamente para observar las tonalidades descritas.

Fuente: Técnica de investigación de incendios de origen eléctrico- Universidad Autónoma de Barcelona España 2007 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Pruebas de compresión y ultrasonido: Si es posible, para tener

mejores datos de los efectos, se puede realizar una valoración de los

daños sufridos en las estructuras de concreto mediante pruebas de

compresión y ultrasonido.

Resultados 41

3.1.3 El Análisis de la secuencia de un Incendio

Se puede apreciar en el GRÁFICO N° 7 de una edificación como

podrían quedar afectados los elementos de la estructura, como primera

instancia visualmente se aprecia, para luego también hacer pruebas de

compresión y ultrasonido en las estructuras y ver el alcance del daño.

GRÁFICO N° 7

EFECTOS DE UN INCENDIO EN LA EDIFICACIÓN ALEDAÑA

Fuente: Dallman Unit 31, US, 2007 Springfiel d, Illino Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

El aceite uno de los principales elementos del transformador, que

regularmente está sujeto a deterioro que lo hace vulnerable, lo que hace

tomar en cuenta que generalmente el 60% de los incendios es por el

aceite degradado ya que si esta. Luego es reversible el daño, si el aceite

está debilitado ocasionaría que fácilmente se generen arcos internos lo

que hace que el aceite se vaporice presentándose gases peligrosos.

Las acciones posibles para que suceda un incendio en el

transformador de una Subestación Eléctrica fue indicado en el CAPITULO

II, ítem 2.2 con referencia al diagrama nº 5 que indica las diferentes fallas

de un transformador de potencia y sus causas.

Resultados 42

El diagrama nº 7 describe la secuencia desarrollada para la

producción del incendio de un transformador.[11]

DIAGRAMA N° 7

SECUENCIA DE UN INCENDIO Y EXPLOSIÓN DE UN

TRANSFORMADOR

Fuente: Reliability of Main Transformers H.-P. Berg, N. Fritze Bundesamt für Strahlenschutz, Salzgitter, Germany Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

3.2 Análisis y diagnostico

Con los métodos de evaluación indicados anteriormente que fueron

escogidos para el análisis son indicados a continuación.

Resultados 43

3.2.1 Cálculo de la Radiación Térmica en un Transformador

Con la selección de un transformador de la Subestación Eléctrica

de la Refinería del Pacífico, se ha escogido para simular la posibilidad de

un incendio en un transformador de mayor capacidad de potencia tal el

caso de 10 MVA con un voltaje de transformación de 34,5/ 4,16 Kv.

Se procede al cálculo de carga de fuego ponderada y la intensidad

de radiación y, debido a una posible inflamación del aceite mineral de

refrigeración del transformador.

Mediante el GRÀFICO N° 8, explica la aplicación de los parámetros

y los datos concernientes al transformador.

Las condiciones del aceite del transformador consideraremos que

tiene un equivalente de 8.389 litros lo que equivale a una masa de

7298,43 Kg ya que tiene una densidad de 870 kg/m3 y para estar dentro

de un tanque con un volumen equivalente de 8,39 m3.

Dimensiones posible del tanque del transformador

Ancho a = 2.20 mts.

Alto hf = 1.90 mts.

Largo b = 2,00 mts.

Superficie = 4.4 m2

Distancias seleccionadas de recepción de radiación térmica c = 5 y

10 mts..

Resultados 44

GRÁFICO N° 8

DIMENSIONES DEL TANQUE CON ACEITE Y PUNTO

SELECCIONADO DE RADIACIÓN

Fuente: Radiación térmica en incendios de líquidos y gases NPT 326 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

3.2.1.1 Calculo de la carga de fuego ponderada (Qp)

Mediante el cálculo de la carga de fuego ponderada Qp (Mcal/m2),

encontraremos un valor que compararemos con el CUADRO N° 1, y se

indicará el nivel de riesgo. Mediante la expresión de la formula (1.1)

indicado en el punto 1.7.2

2/***

mMcalRaA

CiMhcQp

( 3,1)

Obtención de valor de Ci

Se escogerá el valor de 1 para Ci, porque consideraremos que el

punto de inflamación del aceite mineral del transformador es de 145 °C,

de acuerdo al CUADRO N° 2

Obtención del valor de Ra

De acuerdo al CUADRO N° 3 se asigna el valor estimado de Ra en

forma muy general, sin embargo existen estudios más específicos de Ra

Resultados 45

para todo tipo de material, que indica un valor de Ra de 1,5 para aceites

de tipo mineral. Como un riesgo promedio.

Con los datos encontrados de calcula el valor de Qp

2/5.1*4,4

1*43,7298*99,10mMcalQp (3.2)

Qp = 27.344,23 Mcal/m2

Con este valor de Qp y localizándolo en el CUADRO N° 1, nos

establece como resultado que el nivel de riesgo es alto, por su nivel que

es de 8 ya que es mayor de 3200 Mcal/m2

3.2.1.2 Cálculo cuantitativo de riesgo

En el ANEXO A y B, se exponen los resultados en base a las

hojas de cálculo proporcionada por la UNITED STATES NUCLEAR

REGULATORY COMMISSION (COMISION DE REGULACION NUCLEAR

DE LOS ESTADOS UNIDOS), con los resultados de la radiación de los

fuegos contenidos en el tanque o en su dique de contención del

transformador a una distancia determinada, así como la liberación de

calor, el tiempo de duración estimado del fuego y la altura de la flama o

llama.

Calculo de la radiación térmica

Se ha desarrollado Para un transformador usando aceite mineral

dos cálculos en base a un transformador de 10 MVA con voltajes de

transformación 34,5 / 4,16 kV. En donde tenemos datos importantes en

el ANEXO A tales como:

Superficie del el fuego proveniente del tanque del transformador =

4,4 m2

Resultados 46

Distancia al punto de recepción de la Radiación térmica = 5 m. y

otra a 10 m.

Para la distancia de 5 m., tenemos como resultado una radiación

de 3,99 kW/m2


de 1,22 kW/m2

Con estos datos podemos determinar que a la distancia de 5 m. la

radiación es crítica para el ser humano como se indica en 1.7.3.3 sobre

Radiación de la llama con un objetivo a nivel del suelo que de acuerdo a

lo expresado por Datos dados, por el programa diseñado para modelar

emisiones ALOHA - Areal Locations of Hazardous Atmospheres

(Ubicaciones de área de atmósferas peligrosas) que son:

• 10 kW / m2 (potencialmente letal dentro de los 60 segundos)

• 5 kW / m2 (quemaduras de segundo grado en 60 segundos)

• 2 kW / m2 (dolor en 60 segundos).

Por lo que debemos expresar que una manera prudente de

combatir el fuego seria a una distancia de 10 m. ya sea por medio de

agua pulverizada proveniente de un monitor de agua de contraincendios

para evitar los daños indicados, para el caso del transformador con aceite

mineral a base de hidrocarburo.

Característica de incendio desde tanque de un transformador con

aceite aislante

En esta aplicación se obtiene el cálculo tasa de liberación de calor

del fuego, del tiempo de duración del fuego y la altura posible de la llama.

Adicionalmente se han obtenidos los valores siguientes:

Resultados 47

Tasa de calor liberado = 6.382,93 kW.

Tiempo de duración del Flagelo = 740,63 minutos

Altura de la Llama = indicados mediante dos métodos:

Método de Heskestad = 5,4 m.

Método de Thomas = 4,75

Se ha desarrollado también Para un transformador usando aceite

561 Silicón, dos cálculos en base a un transformador de 10 MVA con

voltajes de transformación 34,5 / 4,16 kV. En donde tenemos datos

importantes tales como:

Superficie del el fuego proveniente del tanque del transformador =

4,4 m2

Distancia al punto de recepción de la Radiación térmica = 5 m. y

otra a 10 m.


de 0,39 kW/m2


de 0,12 kW/m2

Adicionalmente para el tipo de aceite 561 Silicón se han obtenidos

los valores siguientes:

Tasa de calor liberado = 617,79 93 kW.

Resultados 48

Tiempo de duración del Flagelo = 5776,9 minutos.

Altura de la Llama = indicados mediante dos métodos:

Método de Heskestad = 0,66 m.

Método de Thomas = 1,36 m.

CAPÌTULO IV

DISCUSIÒN

4.1 Contrastación empírica

De acuerdo a lo mencionado anteriormente que nuestra que la

investigación es en base a la bibliografía de determinados análisis,

referente al incendio realizados en forma general, esto ha sido utilizado

pero aplicándolo a incendios de carácter eléctrico.

El área que contiene el transformador presentaría el peligro de

energía eléctrica, sobrepresión de los gases generados por el aceite

mineral contenido en el tanque lo que puede ser producto de una falla

electromecánica, que ocasionaría una explosión e inmediatamente el

incendio.

Existirá mayor Riesco con la vetustez del transformador o por la

degradación del aceite mineral de aislación y enfriamiento.

Habrá mayor riesgo de incendio por el uso sobrecargado de producción

de energía eléctrica por una demanda de energía.

Los mantenedores de un subestación serían los que se encontrarían en

mayor riesgo.

El uso del unifronemm apropiado ayudaría a soportar el calor emanado

de un incendio, en el caso de combatir el flagelo.

Se contrasta con los resultados del estudio del José Luis Barrera

Lobato, donde señala diferentes daños en función del tipo de materiales

de construcción, que si hay colapso de las estructuras existiría un 100%

Discusión 50

de mortalidad en 1 minuto y también establece que determinado material

de acero si es delgado y aislado, al pasar calor ocasionaría una

mortalidad de 1% en un minuto y lesiones significativas como

quemaduras en 10 segundos

El siguiente trabajo citado de José Luis Saá Loor, señala la

implantación de equipos de combate como hidrantes y mangueras se

ubiquen en una zona que no afecte la radiación e indica que si existe de

una cantidad de 5 kW/m2 todo personal debe estar lejos de esta esta

radiación.

4.2 Limitaciones

Mucha información es obtenida para incendios en uso general,

mas no existe mucha información ya con aplicación al incendio de un

equipo eléctrico, así como ejemplo la no existencia de propiedades físico

químicas de aceites aislantes que ofreciendo menos probabilidad de

incendiarse, pueda aplicarse para comparar entre diferentes productos.

La falta de estadísticas sobre el caso de un incendio en

transformadores o aplicación de métodos de otras disciplinas adaptados

al estudio de un incendio.

4.3 Líneas de Investigación

La línea de investigación abierta es con la finalidad de encontrar

los riesgos y la valorización de una radiación térmica del incendio de un

transformador, de tal manera poder precautelar la integridad del personal

operativo o de mantenimiento de la refinería, para que su seguridad sea

confiable. Se aplicaran análisis cualitativos y cuantitativos que ayudaran

a comprender el alcance de los riesgos, para lograr poder aplicar las

defensas y controles adecuados para un funcionamiento óptimo.

Discusión 51

4.4 Aspectos relevantes

Con los resultados obtenidos de análisis de la radiación térmica de

un aceite mineral de aislamiento del transformador que tiene efectos de

incendiarse a una menor temperatura como a 160 °C con riesgos más

probables, que comparándolo con el uso de aceite Silicón con un pinto de

ignición de 350 °C y en la actualidad se está usando el aceite vegetal

cuyo punto de ignición es a 360 °C, lo que nos da mayor tranquilidad

operativa, otra diferencia es que el aceite mineral es contaminante y el de

aceite 561 silicón también, pero el aceite vegetal no, ya que es

biodegradable.

De igual manera la radiación térmica es menos intensa logrando

tener afectaciones más bajas, por otro lado nos facilita aprovechar menor

área para instalar los equipos en una subestación.

CAPÌTULO V

PROPUESTA

Como se ha mencionado son diferentes las causas que pueden

originar un incendio en una subestación eléctrica, principalmente en un

transformador, como equipo de mayor riesgo y potencialidad de producir

más estragos y colapsar por una explosión y fuego producido en él es

necesaria buscar los mecanismos de prevención y protección.

De acuerdo a este estudio se propone lo siguiente:

5.1 Obras de construcción para seguridad

Como soporte para que no exista una prolongación del daño en

caso de tener un incendio en el transformador de una subestación

eléctrica, debe tener en consideración que quede confinado el equipo,

mientras se desarrolla el incendio de ser el caso.

Por lo tanto es necesario realizarse obras civiles en la subestación,

de tal manera que estén separados los equipos entre ellos a una

distancia aconsejada.

Si los transformadores instalados disponen de espacio físico

suficiente estos serán separados de acuerdo a las normativas existentes,

pero como muchas veces no se dispone de espacio suficiente, entonces

se puede limitar colocando muros separadores entre los transformadores,

así poder evitar la propagación del fuego, también es importante, retener

del aceite aislante mediante diques.

Propuesta 53

5.1.1 Muros separadores entre transformadores

Los muros no combustibles entre transformadores sirven de

pantalla de protección contra el fuego de un transformador que está

ardiendo de otros que no lo están.

GRÁFICO N° 9

MUROS SEPARADORES I

Fuente: Constructora Oldcastle Precast E.E.U.U. Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

GRÁFICO N° 10

MUROS SEPARADORES II

Fuente: Paddington zone substation transformer explosion and fire in 20 november 2000 –Report Energy Australia Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Propuesta 54

5.1.2 Diques

Otro método muy utilizado, es la construcción de un dique de

contención debajo de cada transformador, y este deberá contener una

capacidad de recepción de un volumen igual a la cantidad del aceite

almacenado dentro del transformador más un 10%. , que es útil al existir

un derrame o confinar un incendio.

GRÁFICO N° 11

DIQUES DE CONTENCIÓN DE ACEITE DE TRANSFORMADOR

(a) (b)

Dique convencional Dique filtrador de aguas lluvias

Fuente: Fabricantes de diques de contención AKHELEC – España Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Adicionalmente existen otros sistemas para prevenir y en caso

ultimo poder proteger los alrededores del equipo incendiándose.

5.2 Sistemas de Detección y de extinción

5.2.1 Tipos de Equipos de Detección

Con el análisis de la ubicación de la subestación, de su

capacidad de suministro de energía e importancia de operatividad debe

estar integrado a un sistema general de control que disponga la Refinería.

Propuesta 55

De acuerdo a las condiciones de este sistema de detección

requerido se seleccionaran los equipos y elementos con sus accesorios

más idóneos tales como:

Detectores de calor

Detector de Calor Lineal

Detector de fuego

Panel de control de incendios y dispositivos de notificación

GRÁFICO N° 12

APLICACIÓN DE DETECTOR DE CALOR LINEAL EN

TRANSFORMADOR

Fuente: Protectowire Fire System

Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Mediante la señal de control del detector de calor lineal se puede

enviar una señal para la desconexión total de alimentación de energía al

transformador y comandar el rociado por agua u otro mecanismo de

supresión.

5.2.2 Tipos de Equipos de Extinción

Considerando que hay dos zonas de combate de incendio, una es

donde se encuentra el transformador mismo, y que se pueda ya sea

automáticamente y manualmente extinguir el incendio y la otra zona es

Detector de calor lineal

Propuesta 56

los alrededores o algún punto desde el cual se pueda de igual forma

mitigar y eliminar el incendio.

Sin dejar de lado que se puede ocasionar una explosión y

posteriormente permitir que el aceite se derrame y se escurra dando un

área de incendio mayor, por este motivo se deben tomar medidas

apropiadas para evitar riesgos, como se expone a continuación.

Sistemas de agua pulverizada: Recomendado por el NFPA 15

“Sistemas Fijos de Agua Pulverizada para protección Contra Incendio.

GRÁFICO N° 13

DISEÑO DE APLICACIÓN DE AGUA PULVERIZADA COMO SISTEMA

DE CONTRA INCENDIO DEL TRANSFORMADOR

Fuente: Norma NFPA 15 – 2001, Apéndice A, pág. 3 Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Por medio de boca de incendio o hidrante: Dirigiendo el agua

en forma pulverizada, para producir el sofoca miento, pero manteniendo

una distancia adecuada por la posibilidad de que el transformador este

energizado por riesgos en caso de tener conexionado eléctrico.

Propuesta 57

CUADRO N° 8

DISTANCIA SEGURA DE APLICACIÓN DE AGUA CONTRA INCENDIO

DE TRANSFORMADOR DESDE UN HIDRANTE BAJO POSIBILIDAD

QUE ESTÉN ENERGIZADOS LOS TERMINALES

Fuente: Engineering and Desing – Hydroelectric Power Plants Mechanical Desing Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Pero esto es oportuno o útil si existe una desconexión total del

sistema eléctrico en el transformador. [12]

GRÁFICO N° 14

APLICACIÓN DE AGUA DESDE UNA MANGUERA PARA COMBATIR

EL INCENDIO


Sistemas basados en inyección de nitrógeno: Para evitar el

fuego, estos sistemas utilizan dos principios:

Propuesta 58

Primeramente drenando parcialmente el aceite por medio de una

válvula especial.

Por abatimiento del aceite, que es la acción de absorber y arrastrar el

calor hacia el exterior para enfriarlo por medio de un elemento extintor

utilizado es el nitrógeno seco [11]

GRÁFICO N° 15

APLICACIÓN DE NITRÓGENO

Fuente: Etesal Empresa Sumistradora de Energía del Salvado Elaborado por: Ing. Elect. Gallo Galarza Juan de Dios Justo

Gráfico de la izquierda: En el Momento de falla eléctrica y

Presurización por gases.

Grafico en el lado derecho: Con la aplicación de Nitrógeno.

5.3 Por utilización con aceite 561 Silicon o aceite vegetal en el

Transformador

En lugar de aceite mineral, se puede utilizar el aceite 561 Silicón

que tiene punto de ignición de 350 °C o el de aceite vegetal, el cual tiene

una un punto de ignición de 360 °C en lugar del aceite mineral a base de

hidrocarburo que es a 160 °C., donde la radiación térmica es mucho

menor y podría disminuir los costos ya que evitaría la utilización de muros

Propuesta 59

separadores, pozos recolectores de aceite y evitaría cualquier

contaminación con el terreno.

5.4 Conclusiones y Recomendaciones

5.4.1 Conclusiones

1) Como es importante precautelar la vida humana y los bienes de una

instalación industrial en este caso de una refinería que considerando

experiencias en otros lugares, ya que se tiene referencia que

aproximadamente el 50% de transformadores instalados han fallado

a nivel mundial, y han sido relacionados por fallas de origen interno

principalmente en las bobinas de las fases del transformador.

Además en un porcentaje del 2% de todos los transformadores en

funcionamiento que han sufrido una avería han explotado

2) Que en muchas ocasiones, la válvula de seguridad de alivio no

actúa o se retarda en su operación y no evacua los gases o el aceite

sobre presionados, por lo tanto puede explotar y generarse un

incendio.

3) Otra consideración es por posibles fallas de las protecciones

eléctricas, que puede generarse por cortocircuitos produciendo

gases con alta temperatura, que también producen sobre presionan

que al mezclarse con el oxígeno del aire explota y se incendia.

4) Como el incendio está presente, producto de alguna falla no

controlada, cuyo daño sería más grave por la acción del calor

emanado por el incendio del transformador, dando una radiación

térmica, cuya intensidad puede ser alta, trae que es importante su

análisis, de tal forma evitar contaminaciones o destrucción en las

instalaciones.

5) Con los valores obtenidos por la evaluación de riesgos, la propuesta

se podrá dimensionar, seleccionar o escoger las mejores

alternativas para evitar problemas y tener una oportunidad de mejor

confiabilidad.

Propuesta 60

5.4.2 Recomendación

Por lo expuesto en el trascurso del análisis de este caso de

estudio deben ser revisados prolijamente el sistema eléctrico del

equipo, la ubicación del mismo y escogiendo o seleccionando mejores

productos en este caso del aceite aislante y de enfriamiento del

transformador sea del tipo de aceite vegetal en lugar del aceite mineral

que en base de hidrocarburos, el cual es mayormente peligroso por la

intensidad de su radiación térmica y que en caso de derrames no

contaminaría el ambiente.

Y como se ha mencionado anteriormente, todos estos

cuestionamientos deben realizarse durante el diseño para en función de

buenas especificaciones, procedimientos y cálculos apropiados tener una

instalación más segura o con los menores riesgos posibles.

ABREVIATURAS

ATS.- Análisis de Trabajo Seguro

ETA.- Análisis de árbol de sucesos

FMEA .- Análisis de modo y efectos de fallos

HAZOP.- Análisis funcional de Operatividad

HRR.- Tasa de Liberación de Calor

MVA.- Mega Voltio Amperio

NFPA .- Asociación Nacional de protección del fuego

ANEXOS

Anexos 63

ANEXO Nº 1

A

ACEITE MINERAL PARA TRANSFORMADOR

Estimación de la radiación térmica del fuego a un objeto a nivel de

piso bajo condiciones de sin viento de acuerdo al modelo de una fuente

de radiación.

A una distancia de 5 mts.











INPUT PARAMETERS

Mass Burning Rate of Fuel (m") 0,039 kg/m2-sec

Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) FALSE 46000 kJ/kg

Empirical Constant (kb) 0,7 m-1


Fuel Area or Dike Area (Adike) 47,33 f t2 4,40 m2

Distance between Fire and Target (L) 16,40 f t 4,999 m

Radiative Fraction (r) 0,30



Calculate

Anexos 64

ESTIMATING RADIATIVE HEAT FLUX TO A TARGET FUELReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-272.

POINT SOURCE RADIATION MODEL

q" = Q r / 4 R2

Where q" = incident radiative heat flux on the target (kW/m2)

Q = pool fire heat release rate (kW)

r = radiative fraction

R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)

Pool Fire Diameter Calculation

Adike = D2/4

D = √(4Adike/)

Where Adike = surface area of pool fire (m2)

D = pool fire diamter (m)

D = 2,37 m

Heat Release Rate Calculation

Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Af

Where Q = pool fire heat release rate (kW)

m" = mass burning rate of fuel per unit surface area (kg/m2-sec)

DHc = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)

Af = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)

kb = empirical constant (m-1)

D = diameter of pool fire (diameter involved in vaporization, circular pool is assumed) (m)

Q = 6382,93 kW

Distance from Center of the Fire to Edge of the Target Calculation

R = L+D/2

Where R = distance from center of the pool fire to edge of the target (m)

L = distance between pool fire and target (m)

D = pool fire diameter (m)

R = 6,18 m

Radiative Heat Flux Calculation

q" = Q r / 4 R2

q" = 3,99 kW/m20,35 Btu/ft2-sec Answer

Anexos 65


Anexos 66



q" = Q r / 4 R2






Adike = D2/4

D = √(4Adike/)



D = 2,37 m









Q = 6382,93 kW


R = L+D/2




R = 11,18 m


q" = Q r / 4 R2


Anexos 67

Estimación de las características del fuego de un almacenamiento

de líquido, tasa de liberación de calor, duración y altura de la llama.








INPUT PARAMETERS

Fuel Spill Volume (V) 2097,00 gallons 7,9380 m3

Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) 47,33 ft2

4,397 m2


Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) 46.000 kJ/kg

Fuel Density () 760 kg/m3

Empirical Constant (kb) 0,7 m-1

Ambient Air Temperature (Ta) 77,00 °F 25,00 °C

298,00 K

Gravitational Acceleration (g) 9,81 m/sec2


Calculate


ESTIMATING POOL FIRE HEAT RELEASE RATEReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-25.

Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Adike



DHc,ef f = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)

Af = Adike = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)




Adike = D2/4



D = √(4Adike/)

D = 2,366 m

Heat Release Rate Calculation (Liquids w ith relatively high f lash point, like transformer oil, require

Q = m"DHc,ef f (1-e-kb D) Adike localized heating to achieve ignition)

Q = 6382,93 kW 6049,87 Btu/sec Answer

Anexos 68

ESTIMATING POOL FIRE BURNING DURATION

Reference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-197.

tb = 4V / D2

Where tb = burning duration of pool fire (sec)

V = volume of liquid (m3)

D = pool diameter (m)

= regression rate (m/sec)

Calculation for Regression Rate

= m"/

Where = regression rate (m/sec)

m" mass burning rate of fuel (kg/m2-sec)

= liquid fuel density (kg/m3)

= 0,000041 m/sec

Burning Duration Calculation

tb = 4V/D2

tb = 44437,72 sec 740,63 minutes

Note that a liquid pool f ire w ith a given amount of fuel can burn for long periods of time over small area or for

short periods of time over a large area.

Answer

ESTIMATING POOL FIRE FLAME HEIGHT

METHOD OF HESKESTADReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 2-10.

Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D

Where Hf = pool fire flame height (m)



Pool Fire Flame Height Calculation

Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D

Hf = 5,40 m 17,73 ft

METHOD OF THOMASReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-204.

Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61



a = ambient air density (kg/m3)


g = gravitational acceleration (m/sec2)


Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61

Hf = 4,75 m 15,57 ft

Calculation Method Flame Height (ft)

METHOD OF HESKESTAD 17,73

METHOD OF THOMAS 15,57

Answer

Answer

Flame Height Calculation - Summary of Results


Anexos 69

ANEXO Nº 2

B

ACEITE 561 SILICON PARA TRANSFORMADOR

Utilización del fluido 561 silicon para transformador.

A una distancia de 5 mts











INPUT PARAMETERS



Empirical Constant (kb) 100 m-1







Calculate



q" = Q r / 4 R2






Adike = D2/4

D = √(4Adike/)



D = 2,37 m









Q = 617,79 kW

Anexos 70


R = L+D/2




R = 6,18 m


q" = Q r / 4 R2













INPUT PARAMETERS










Calculate

Anexos 71



q" = Q r / 4 R2






Adike = D2/4

D = √(4Adike/)



D = 2,37 m









Q = 617,79 kW


R = L+D/2




R = 11,18 m


q" = Q r / 4 R2


Anexos 72

ESTIMATING POOL FIRE HEAT RELEASE RATEReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 3rd Edition, 2002, Page 3-25.

Q = m"DHc,ef f (1 - e-kb D) Adike



DHc,ef f = effective heat of combustion of fuel (kJ/kg)

Af = Adike = surface area of pool fire (area involved in vaporization) (m2)




Adike = D2/4



D = √(4Adike/)

D = 2,366 m

Heat Release Rate Calculation (Liquids w ith relatively high f lash point, like transformer oil, require

Q = m"DHc,ef f (1-e-kb D) Adike localized heating to achieve ignition)

Q = 617,79 kW 585,56 Btu/sec Answer








INPUT PARAMETERS

Fuel Spill Volume (V) 2097,00 gallons 7,9380 m3

Fuel Spill Area or Dike Area (Adike) 47,33 ft2

4,397 m2


Effective Heat of Combustion of Fuel (DHc,ef f ) 28.100 kJ/kg

Fuel Density () 760 kg/m3


Ambient Air Temperature (Ta) 77,00 °F 25,00 °C

298,00 K

Gravitational Acceleration (g) 9,81 m/sec2


Calculate


Anexos 73

ESTIMATING POOL FIRE BURNING DURATION

Reference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-197.

tb = 4V / D2

Where tb = burning duration of pool fire (sec)

V = volume of liquid (m3)

D = pool diameter (m)

= regression rate (m/sec)

Calculation for Regression Rate

= m"/

Where = regression rate (m/sec)

m" mass burning rate of fuel (kg/m2-sec)

= liquid fuel density (kg/m3)

= 0,000005 m/sec

Burning Duration Calculation

tb = 4V/D2

tb = 346614,23 sec 5776,90 minutes

Note that a liquid pool f ire w ith a given amount of fuel can burn for long periods of time over small area or for

short periods of time over a large area.

Answer

ESTIMATING POOL FIRE FLAME HEIGHT

METHOD OF HESKESTADReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 2-10.

Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D





Hf = 0.235 Q2/5 - 1.02 D

Hf = 0,66 m 2,16 ft

METHOD OF THOMASReference: SFPE Handbook of Fire Protection Engineering , 2nd Edition, 1995, Page 3-204.

Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61



a = ambient air density (kg/m3)


g = gravitational acceleration (m/sec2)


Hf = 42 D (m"/a √(g D))0.61

Hf = 1,36 m 4,45 ft

Calculation Method Flame Height (ft)

METHOD OF HESKESTAD 2,16

METHOD OF THOMAS 4,45

Answer

Answer

Flame Height Calculation - Summary of Results


BIBLIOGRAFÍA

Abdelkader O. and Hamid B, (2012) Reliability Enhancement of

Power Transformer Protection System, Boumerdes University

Algeria.

Alvarado Hernández W.J. Especificación Técnica de Sistemas Contra

incendios en transformadores de alta tensión Tesis Universidad de

San Carlos Guatemala.

Anero Cárcamo M (2007) Técnicas de Investigación de Incendios.

Incendios de Origen Eléctrico Tesis Universidad Autónoma de

Barcelona. España.

Berg, N. H.P (2011) Reliability of Main Transformers Vol 2 2011

Germany.

Bertrand V. and L.C Hoang L.C. (2004). Vegetable Oil as Substitute for

Mineral Insulating Oils in Medium-Voltage Equipment. Cigré Group

D1-202 France .

BS 5839 (2002) Fire Detection and Fire Alarm System for Building British

Standard England.

Cicuendez G. E. (2012). Estudio Fluido Térmico de Varios Aceites de

Siliconas en un Transformador de Potencia. Tesis Universidad de

Cantabria España.

Correa, R. M., EDESUR S.A., Ureta G. (2010). Sistemas para la

Protección Contra Incendios en Subestaciones. Revista CIER N°

Bibliografía 75

57 Salud y Seguridad en el trabajo Argentina.

Cortes D. J. M. (2012). Técnicas de Prevención de Riesgos Laborales

Seguridad e Higiene del Trabajo Editorial 10° Edición Madrid

España.

Dirección General de Protección Civil (2002) Guía Técnica - Zona de

Planificación para Accidentes Graves de Origen Térmico -

Universidad de Murcia España.

Fernández A. A., Sánchez A. R., Tejedo A. J.R. (2009) Nuevos

Requisitos y Soluciones de Seguridad Contra Incendio en

Subestaciones. Comité de Estudio B3 Subestaciones XIII

Décimo Tercer Seminario Regional Iberoamericano de Cigré

Argentina.

Fluid.R., Asano Jr.(2014). Reducing Environmental Impact and

Improving Safety and Performance of Power transformer with

Natural Ester Dielectric Insulating, IEEE Transaction Industry

Applications Vol 50 N° 4 USA.

Garza R. (2007). Análisis de métodos complejos cualitativos para

evaluación del riesgo de incendio. México. Tesis Universidad

Internacional S.A. México.

Gallo M. E. (2005). Diagnóstico y Mantenimiento de Transformadores de

Campo. ACIEM Asociación Colombiana de Ingenieros 1° Edición.

Colombia.

HSE Perú S.A. (2013). Radiación Térmica en Incendios de Líquidos-

Modelo Matemático Predictivo - Blog Técnico de Seguridad –

www.hseperu.com. Perú

http://www.hseperu.com/

Bibliografía 76

Hydro Plant Risk Assessment Guide (2006) - Appendix E5: Transformer

Condition Assessment. Electric Power Research Institute (EPRI)

USA.

IEEE Std. 979 (2012). Guide for Substation Fire Protection. IEEE Power

and Energy Society. USA.

José Luis Villanueva J. J.L., NTP 36 Riesgo intrínseco de incendio -

centro de investigación y asistencia técnica - Barcelona / INSHT

Instituto Nacional de seguridad e Higiene del Trabajo España.

Kwock-Lung A. (2007). Risk Assessment of Transformer Fire Protection

in a Typical New Zealand High-Rise Building Thesis University of

Canterbury Londres England.

Martin D., Wijaya J., Lelekakis N., (2014). Thermal Analysis of Two

Transformer Filled With Different Oils. . The Dielectrics and

Electrical Insulation Society of IEEE

Pachacama B A. S. (2012). Diseño y Propuesta de Construcción de

Detección, Alarma y Control de Incendios en la Subestación

Cristianía N° 18 de la E.E.Q.S.A.. Tesis Escuela Politécnica

Nacional.

Rail Cop Engineering (2010). Substation Fire Protection and Detection

Standard. Engineering Standard Electrical version 2 USA.

Suarez M. (2009) Evaluación de riesgo de incendio de un transformador

Tesis Universidad Carlos III Madrid.

Tenbohlen S. Koch M., Vukovic D., Weinlader A. (2008). Application of

Vegetable Oil- Based Insulating Fluids to Hermetically Sealed

Power Transformer Group A2-102 CIGRE Paris France.

Bibliografía 77

Thomas P.H (2003). The Size of Flame From Natural Fires. Fire

Research Station. England,

Ufuah E. and Bailey C.G.(2011). Flame Radiation Characteristics of

Open Hydrocarbon Pool Fires Proceedings of the World Congress

on Engineering 2011 Vol. III London.

U.S. Nuclear Regulatory Commission. Chapter 5. Estimating radiant

heat flux from fire to a target fuel Fire Dynamics Tools (FDTs):

Quantitative Fire Hazard Analysis Methods.

U.S. Nuclear Regulatory Commission Chapter 3.Estimating burning

characteristics of liquid pool Fire Heat Release , Burning Duration

and flame hight.

Vihacencu M.S. , Ciuriuc A., Dumitran L.M. (2013) Experimental Study

of Electrical Properties of Mineral and Vegetable Transformer Oils

U.P.B.Sei. Bull, Series C. Vol 75, Iss 3, University POLITEHNICA.

Bucharest.

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